C 中的指針與引用詳細(xì)解讀

1、C+中的指針與引用詳細(xì)解讀1、指針和引用的定義在深入介紹之前我們首先來(lái)看一下指針和引用的定義、指針和引用的區(qū)別，然后分別針對(duì)指針和引用展開(kāi)討論，深入細(xì)節(jié)為何有這些差異。指針的權(quán)威定義：InadeclarationTDwhereDhastheform*cv-qualifier-seqoptD1AndthetypeoftheidentifierinthedeclarationTD1is“derived-declarator-type-listT”,thenthetypeoftheidentifierofDis“derived-declarator-type-listcv-qualifier-seq

2、pointertoT”.Thecv-qualifiersapplytothepointerandnottotheobjectpointerto.摘自ANSIC+Standard注：可能有些讀者并不明白cv-qualifier-seqCV-qualifiers(CV限定符)CV-qualifiers有三種：const-qualifier(const限定符)、Volatile-qualifier(volatile限定符)、以及const-volatile-qualifier(const-volatile限定符)。const類(lèi)對(duì)象的非靜態(tài)、非mutable、以及非引用數(shù)據(jù)成員是const-quali

3、fied；volatile類(lèi)對(duì)象的非靜態(tài)、非引用數(shù)據(jù)成員是volatile-qualified；const-volatile類(lèi)對(duì)象的非靜態(tài)、非引用數(shù)據(jù)成員是const-volatile-qualified。當(dāng)CV-qualifiers用于限定數(shù)組類(lèi)型時(shí)，實(shí)際上是數(shù)組成員被該CV-qualifiers限定，而非該數(shù)組類(lèi)型。復(fù)合類(lèi)型并不因其成員被CV-qualifier限定而被該CV-qualifier限定，也就是說(shuō)，即使復(fù)合類(lèi)型的成員有CV-qualifier限定，該復(fù)合類(lèi)型也不是CV-qualified對(duì)象。引用的權(quán)威定義：InadeclarationTDwhereDhastheform&am

4、p;D1AndthetypeoftheidentifierinthedeclarationTD1is“derived-declarator-type-listT”,thenthetypeoftheidentifierofDis“derived-declarator-type-listcv-qualifier-seqreferencetoT”.Cv-qualifiedreferencesareill-formedexceptwhenthecv-qualifiersareintroducedthroughtheuseofatypedeforatemplatetypeargument,inwhich

5、casethecv-qualifiersareignored.摘自ANSIC+Standard上面這些定義初看有些難懂，如果是這樣的話，那說(shuō)明你對(duì)C+還不夠熟悉，你還有很長(zhǎng)的路要走。下面用通俗易懂的話來(lái)概述一下：指針-對(duì)于一個(gè)類(lèi)型T，T*就是指向T的指針類(lèi)型，也即一個(gè)T*類(lèi)型的變量能夠保存一個(gè)T對(duì)象的地址，而類(lèi)型T是可以加一些限定詞的，如const、volatile等等。見(jiàn)下圖，所示指針的含義：引用-引用是一個(gè)對(duì)象的別名，主要用于函數(shù)參數(shù)和返回值類(lèi)型，符號(hào)X&表示X類(lèi)型的引用。見(jiàn)下圖，所示引用的含義：2、指針和引用的區(qū)別首先，引用不可以為空，但指針可以為空。前面也說(shuō)過(guò)了引用是對(duì)象的別名

6、，引用為空對(duì)象都不存在，怎么可能有別名！故定義一個(gè)引用的時(shí)候，必須初始化。因此如果你有一個(gè)變量是用于指向另一個(gè)對(duì)象，但是它可能為空，這時(shí)你應(yīng)該使用指針；如果變量總是指向一個(gè)對(duì)象，i.e.，你的設(shè)計(jì)不允許變量為空，這時(shí)你應(yīng)該使用引用。如下圖中，如果定義一個(gè)引用變量，不初始化的話連編譯都通不過(guò)（編譯時(shí)錯(cuò)誤）：而聲明指針是可以不指向任何對(duì)象，也正是因?yàn)檫@個(gè)原因，使用指針之前必須做判空操作，而引用就不必。其次，引用不可以改變指向，對(duì)一個(gè)對(duì)象”至死不渝”；但是指針可以改變指向，而指向其它對(duì)象。說(shuō)明：雖然引用不可以改變指向，但是可以改變初始化對(duì)象的內(nèi)容。例如就+操作而言，對(duì)引用的操作直接反應(yīng)到所指向的對(duì)象

7、，而不是改變指向；而對(duì)指針的操作，會(huì)使指針指向下一個(gè)對(duì)象，而不是改變所指對(duì)象的內(nèi)容。見(jiàn)下面的代碼：#include<iostream>usingnamespacestd;intmain(intargc,char*argv)inti=10;int&ref=i;ref+;cout<<"i="<<i<<endl;cout<<"ref="<<ref<<endl;intj=20;ref=j;ref+;cout<<"i="<<i&l

8、t;<endl;cout<<"ref="<<ref<<endl;cout<<"j="<<j<<endl;return0;對(duì)ref的+操作是直接反應(yīng)到所指變量之上，對(duì)引用變量ref重新賦值”ref=j”，并不會(huì)改變r(jià)ef的指向，它仍然指向的是i，而不是j。理所當(dāng)然，這時(shí)對(duì)ref進(jìn)行+操作不會(huì)影響到j(luò)。而這些換做是指針的話，情況大不相同，請(qǐng)自行實(shí)驗(yàn)。輸出結(jié)果如下：再次，引用的大小是所指向的變量的大小，因?yàn)橐弥皇且粋€(gè)別名而已；指針是指針本身的大小，4個(gè)字節(jié)。見(jiàn)下圖所示：從上面也可以

9、看出：引用比指針使用起來(lái)形式上更漂亮，使用引用指向的內(nèi)容時(shí)可以之間用引用變量名，而不像指針一樣要使用*；定義引用的時(shí)候也不用像指針一樣使用&取址。最后，引用比指針更安全。由于不存在空引用，并且引用一旦被初始化為指向一個(gè)對(duì)象，它就不能被改變?yōu)榱硪粋€(gè)對(duì)象的引用，因此引用很安全。對(duì)于指針來(lái)說(shuō)，它可以隨時(shí)指向別的對(duì)象，并且可以不被初始化，或?yàn)镹ULL，所以不安全。const指針雖然不能改變指向，但仍然存在空指針，并且有可能產(chǎn)生野指針（即多個(gè)指針指向一塊內(nèi)存，free掉一個(gè)指針之后，別的指針就成了野指針）?？偠灾?，言而總之它們的這些差別都可以歸結(jié)為”指針指向一塊內(nèi)存，它的內(nèi)容是所指內(nèi)存的地址；

10、而引用則是某塊內(nèi)存的別名，引用不改變指向?！?、特別之處const在這里我為什么要提到const關(guān)鍵字呢？因?yàn)閏onst對(duì)指針和引用的限定是有差別的，下面聽(tīng)我一一到來(lái)。常量指針VS常量引用常量指針：指向常量的指針，在指針定義語(yǔ)句的類(lèi)型前加const，表示指向的對(duì)象是常量。定義指向常量的指針只限制指針的間接訪問(wèn)操作，而不能規(guī)定指針指向的值本身的操作規(guī)定性。常量指針定義”constint*pointer=&a”告訴編譯器，*pointer是常量，不能將*pointer作為左值進(jìn)行操作。常量引用：指向常量的引用，在引用定義語(yǔ)句的類(lèi)型前加const，表示指向的對(duì)象是常量。也跟指針一樣不能利用引

11、用對(duì)指向的變量進(jìn)行重新賦值操作。指針常量VS引用常量在指針定義語(yǔ)句的指針名前加const，表示指針本身是常量。在定義指針常量時(shí)必須初始化！而這是引用天生具來(lái)的屬性，不用再引用指針定義語(yǔ)句的引用名前加const。指針常量定義”int*constpointer=&b”告訴編譯器，pointer是常量，不能作為左值進(jìn)行操作，但是允許修改間接訪問(wèn)值，即*pointer可以修改。常量指針常量VS常量引用常量常量指針常量：指向常量的指針常量，可以定義一個(gè)指向常量的指針常量，它必須在定義時(shí)初始化。常量指針常量定義”constint*constpointer=&c”告訴編譯器，pointer和

12、*pointer都是常量，他們都不能作為左值進(jìn)行操作。而就不存在所謂的”常量引用常量”，因?yàn)楦厦嬷v的一樣引用變量就是引用常量。C+不區(qū)分變量的const引用和const變量的引用。程序決不能給引用本身重新賦值，使他指向另一個(gè)變量，因此引用總是const的。如果對(duì)引用應(yīng)用關(guān)鍵字const，起作用就是使其目標(biāo)稱(chēng)為const變量。即沒(méi)有：Constdoubleconst&a=1；只有constdouble&a=1；總結(jié)：有一個(gè)規(guī)則可以很好的區(qū)分const是修飾指針，還是修飾指針指向的數(shù)據(jù)畫(huà)一條垂直穿過(guò)指針聲明的星號(hào)（*），如果const出現(xiàn)在線的左邊，指針指向的數(shù)據(jù)為常量；如果co

13、nst出現(xiàn)在右邊，指針本身為常量。而引用本身與天俱來(lái)就是常量，即不可以改變指向。4、指針和引用的實(shí)現(xiàn)我們利用下面一段簡(jiǎn)單的代碼來(lái)深入分析指針和引用:#include<iostream>usingnamespacestd;intmain(intargc,char*argv)inti=1;int&ref=i;intx=ref;cout<<"xis"<<x<<endl;ref=2;int*p=&i;cout<<"ref="<<ref<<",i=&quo

14、t;<<i<<endl;上面的代碼用g+test.c編譯之后，然后反匯編objdump-da.out，得到main函數(shù)的一段匯編代碼如下：08048714<main>:8048714:55push%ebp8048715:89e5mov%esp,%ebpand$0xfffffff0,%esp/為main函數(shù)的參數(shù)argc、argv保留位置push%esipush%ebxsub$0x28,%esp8048717:83e4f0804871a:56804871b:53804871c:83ec28804871f:c744241c010000movl$0x1,0x1c(

15、%esp)/將0x1存到esp寄存器中，即inti=18048726:008048727:8d44241clea0x1c(%esp),%eax/esp寄存器里的變量i的地址傳給eax804872b:89442418mov%eax,0x18(%esp)/將寄存器eax中的內(nèi)容（i的地址）傳給寄存器中的變量ref，即int&ref=i804872f:8b442418地址8048733:8b00mov0x18(%esp),%eax/將寄存器esp中的ref傳給eax，即i的mov(%eax),%eax/以寄存器eax中的值作為地址，取出值給eax8048735:89442414的x，即x=r

16、ef8048739:c74424040089048048740:088048741:c7042440a00408mov%eax,0x14(%esp)/將寄存器eax中的值傳給寄存器esp中movl$0x8048900,0x4(%esp)movl$0x804a040,(%esp)call80486188048748:e8cbfeffff<_ZStlsISt11char_traitsIcEERSt13basic_ostreamIcT_ES5_PKcplt>804874d:8b5424148048751:895424048048755:8904248048758:e85bfeffffmo

17、v0x14(%esp),%edxmov%edx,0x4(%esp)mov%eax,(%esp)call80485b8<_ZNSolsEiplt>movl$0x8048638,0x4(%esp)804875d:c74424043886048048764:088048765:890424mov%eax,(%esp)8048768:e8bbfeffffcall8048628<_ZNSolsEPFRSoS_Eplt>/從80487398048768這些行就是執(zhí)行"cout<<"xis"<<x<<endl;&quo

18、t;804876d:8b442418mov0x18(%esp),%eax/將寄存器esp中的ref傳到eax中movl$0x2,(%eax)/將0x2存到eax寄存器中l(wèi)ea0x1c(%esp),%eax/esp寄存器里的變量i的地址傳給eaxmov%eax,0x10(%esp)/將寄存器eax中的內(nèi)容（即i的地址）傳到8048771:c700020000008048777:8d44241c804877b:89442410寄存器esp中的p804877f:8b5c241c8048783:8b4424188048787:8b30mov0x1c(%esp),%ebxmov0x18(%esp),%e

19、axmov(%eax),%esi8048789:c74424040689048048790:088048791:c7042440a00408movl$0x8048906,0x4(%esp)movl$0x804a040,(%esp)call80486188048798:e87bfeffff<_ZStlsISt11char_traitsIcEERSt13basic_ostreamIcT_ES5_PKcplt>804879d:8974240480487a1:89042480487a4:e80ffeffffmov%esi,0x4(%esp)mov%eax,(%esp)call80485b8

20、<_ZNSolsEiplt>movl$0x804890d,0x4(%esp)80487a9:c74424040d890480487b0:0880487b1:890424mov%eax,(%esp)call804861880487b4:e85ffeffff<_ZStlsISt11char_traitsIcEERSt13basic_ostreamIcT_ES5_PKcplt>80487b9:895c240480487bd:89042480487c0:e8f3fdffffmov%ebx,0x4(%esp)mov%eax,(%esp)call80485b8<_ZNSols

21、Eiplt>movl$0x8048638,0x4(%esp)80487c5:c744240438860480487cc:0880487cd:890424mov%eax,(%esp)80487d0:e853feffffcall8048628<_ZNSolsEPFRSoS_Eplt>/這些行就是執(zhí)行"cout<<"ref="<<ref<<",i="<<i<<endl;"80487d5:b80000000080487da:83c42880487dd:5bmov$0

22、x0,%eaxadd$0x28,%esppop%ebx80487de:5e80487df:89ec80487e1:5dpop%esimov%ebp,%esppop%ebp80487e2:c3ret從匯編代碼可以看出實(shí)際上指針和引用在編譯器中的實(shí)現(xiàn)是一樣的：引用int&ref=i;8048727:8d44241clea0x1c(%esp),%eax/esp寄存器里的變量i的地址傳給eax804872b:89442418mov%eax,0×18(%esp)/將寄存器eax中的內(nèi)容（i的地址）傳給寄存器中的變量ref，即int&ref=i指針int*p=&i;8048777:8d44241clea0x1c(%es